Gesundheit : Fahrstuhl zur Hölle

Ein amerikanischer Physiker will eine Sonde 2900 Kilometer weit zum Erdkern schicken

Thomas de Padova

Die Erde ist angebohrt. Zwölf Kilometer tief haben Geologen ihre Meißel bislang in die Erdkruste hineingetrieben, geradewegs in Richtung Erdkern. Der aber ist weit weg: 6370 Kilometer sind es bis zum Mittelpunkt der Erde. Und keiner weiß, wie es da unten aussieht. Schon lange stellt sich daher die Frage, ob es nicht möglich wäre, irgendwie durch die Erdkruste in den Erdmantel und von dort weiter bis zum mehr als 3000 Grad heißen Erdkern vorzudringen.

Der Physiker David J. Stevenson hat nun einen Aufsehen erregenden Vorschlag gemacht, wie ein Fahrstuhl zur Hölle in Gang gesetzt werden könnte: Man benötigt dazu nur eine Menge Sprengstoff und ziemlich viel flüssiges Eisen. Die heiße Eisenmasse würde sich nämlich durch einen zuvor aufgerissenen Spalt innerhalb einer Woche bis zum Erdkern durchschmelzen, schreibt der Wissenschaftler vom California Institute of Technology in Pasadena in der Donnerstagsausgabe des Fachblatts „Nature“ (Band 423, Seite 239). Und wenn es Forschern gelänge, ein Messgerät in der Eisenmasse unterzubringen, könnten sie den Weg nach unten Tausende Kilometer weit verfolgen.

Der Gedanke erinnert an das „China Syndrom“, wonach die Kernschmelze eines durchgebrannten Atomreaktors tief in die Erde vordringen könnte. Aber Stevenson, der sich in den vergangenen Jahren viel mit der Entstehung der Himmelskörper unseres Sonnensystems beschäftigt hat, ließ sich vermutlich stärker von der Astronomie inspirieren. Denn was er hier beschreibt, das hat es – wenn auch in viel größerem Maßstab – tatsächlich einmal gegeben:

Einige aus dem Weltraum auf die Erde stürzende Asteroiden bestehen nämlich vor allem aus Eisen. In der Frühzeit der Planetenbildung kollidierten sie in großer Zahl mit der damals noch heißen, jungen Erde. Sie drangen mit hoher Geschwindigkeit in den Erdball ein, schmolzen auf, und die schwere Eisenmasse jagte in rasendem Tempo nach unten – so lange, bis sie sich mit dem Eisen im Erdkern vereinigte.

Die Entstehung des Erdkerns

Der Erdkern besteht zu einem hohen Prozentsatz aus Eisen. Und es ist unter Wissenschaftlern derzeit noch umstritten, ob er sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren nach und nach durch Asteroideneinschläge mit Eisen gefüllt hat oder ob er im Wesentlichen bei einer einzigen, besonders heftigen Kollision entstanden ist: dem Zusammenstoß der Protoerde mit dem marsgroßen Planetoiden „Theia“. Es gibt zahlreiche Indizien dafür, dass die Erde bei diesem gewaltigen Ereignis durch und durch aufgeschmolzen wurde.

Stevenson stellt nun die provokante Frage, ob man den Erdkern mit einer künstlich erzeugten Eisenmasse noch einmal ein bisschen füttern könnte. Er veranschlagt für dieses Experiment etwa 10000 bis 10 Millionen Tonnen flüssiges Eisen. Das ist so viel, wie in der Eisenindustrie in maximal einer Woche weltweit aus den Hochöfen kommt.

Der Eintritt in die Unterwelt hätte allerdings einen weiteren hohen Preis. Das Eisen müsste in einen riesigen Spalt gekippt werden. Die Sprengung müsste ein etwa 300 Meter großes Loch in die Erdkruste reißen – was einer ziemlich heftigen Atombombenexplosion entspräche.

Stevenson ist sich dieser Schwierigkeiten durchaus bewusst. Er plädiert auch nicht dafür, das gewaltige Experiment schon morgen durchzuführen. Er möchte seine Kollegen vielmehr dazu anregen, auch über unkonventionelle Ideen nachzudenken.

„Auf den ersten Blick klingt das für mich wie Science fiction“, sagt Jochen Zschau, Direktor am Geoforschungszentrum Potsdam. Und auch auf den zweiten Blick hält er das Ganze nicht für praktikabel. Aber die Idee werfe durchaus eine Menge interessanter wissenschaftlicher Fragen auf.

Solche grundsätzlichen Fragen hat Reinhard Boehler vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz bereits mit Stevenson erörtert. Er gibt zu bedenken, dass die Erde vor 4,5 Milliarden Jahren viel heißer war als heute. „Auch die oberen Schichten der Erde waren damals zumindest teilweise geschmolzen“, sagt er. Und deshalb konnte Eisen damals so schnell nach unten sinken wie ein Eisenklumpen in einem Glas Wasser.

Heute sei dies nicht mehr ohne Weiteres möglich. „Die Porosität des Gesteins verändert sich nämlich in großen Tiefen“, sagt Boehler. Unten im Erdmantel gebe es keine Risse und Kanäle, durch die das flüssige Eisen einfach durchdringen kann. Die Temperatur und der Druck seien dort so hoch, dass sich alle Poren im Gestein schließen.

Abruptes Ende

Deshalb könnte die Reise recht abrupt auf einer Schicht enden, die das heiße Eisen – ähnlich wie dichtes Glas oder das in Hochöfen verwendete Magnesiumoxid – nicht durchlässt. Zumindest aber würde sich die Reise deutlich verzögern: Aus der von Stevenson angepeilten Woche könnten sogar Jahrmillionen werden.

Aber wie sich das Eisen tatsächlich verhalten würde, darüber kann auch Boehler nur spekulieren. Denn über das Gestein im Erdmantel ist bisher wenig bekannt. Manchmal steigt es im Erdmantel auf und dringt durch die dünne Erdkruste an die Oberfläche. Aber während dieses Aufstiegs sinkt die Temperatur um viele 100 Grad, ebenso drastisch nimmt der Druck ab, und das ursprüngliche Gestein wird stark verändert.

Wissenschaftler versuchen daher bislang auf anderen Wegen, verlässliche Erkenntnisse über das Erdinnere zu gewinnen. Sie messen zum Beispiel, wie schnell sich Erdbebenwellen im Erdmantel ausbreiten und versuchen daraus, auf die Gesteinsarten zu schließen. Zudem simulieren sie die höllischen Zustände im Erdmantel mit Hochdruckpressen: Sie zerquetschen winzige Gesteinskörnchen und prüfen, welche Kristallformen unter hohem Druck stabil sind.

Die von Stevenson nun vorgeschlagene Fahrt zum Hades hat bisher noch niemand in Erwägung gezogen. Auch deswegen nicht, weil niemand weiß, wie ein Messgerät aussehen könnte, das – eingeschlossen in die Eisenmasse – den extremen Bedingungen standhalten könnte. „Ich weiß beim besten Willen nicht, wie er die Eisenmasse verfolgen will“, sagt Boehler. Stevenson macht einen vagen Vorschlag, man könne es vielleicht mit Schallwellen probieren. Und beginnt ein neues Gedankenspiel.

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